贝氏体铁素体的形核长大探讨

贝氏体晶核是单相，即贝氏体铁素体BF（α相）。观察表明，上贝氏体一般在奥氏体晶界处形核，下贝氏体可以在奥氏体晶界形核，也可在晶内形核。

按照科学技术哲学理论，涨落是自然事物演化的契机。浓度涨落可以形成贫碳区，结构涨落可以形成体心核坯，能量涨落可以提供核坯和临界晶核所需要的能量上涨。这三种涨落的非线性正反馈相互作用，迅速放大，使得奥氏体贫碳区的fcc结构瓦解，将形成贝氏体（BF）晶核。因此，涨落是种子，贫碳区是提供这三种涨落的有利地点，是BF晶核发育的土壤。

贝氏体铁素体沿着奥氏体晶界形核，向晶内长大，图6-33a所示为20CrMo钢试样在950℃炉中加热奥氏体化，然后取出迅速冷却到530℃的盐浴炉中，等温2s后淬火得到的组织照片，可见贝氏体铁素体正沿着奥氏体晶界形成和长大，并且有向晶内呈现锯齿状生长的趋势。图6-33b所示为60Si2CrV钢试样加热到950℃奥氏体化，保温30min，然后在450℃盐浴中等温10min，等温淬火得到的上贝氏体组织。如图6-34所示，贝氏体亚单元在奥氏体晶界处形核，并且以增加亚单元的方式向晶内长大。

图6-33 贝氏体铁素体沿晶界形核及长大（SEM）

a）20CrMo钢 b）60Si2CrV钢

过冷奥氏体在孕育期间，由于涨落而形成贫碳区和富碳区。在贫碳区中形成贝氏体铁素体晶核，相当于γ→α多形性转变。相界面附近的原子连续地热激活跃迁，实现晶核的长大。

由于是原子联动位移，连续跃迁，原子每一次移动的距离小于一个原子间距，好像多米诺骨牌效应，一个个地连续倾倒那样，奥氏体中的铁原子逐一地连续跌入α相中，因此长大速度很快。这种热激活迁移方式似切变而非切变，似扩散而非扩散，它是中温区贝氏体相变过渡性的体现。

图6-35描绘了贝氏体铁素体晶核的形成过程。其中，图6-35a为晶界处成分的随机涨落形成贫碳γ，图6-35b为贫碳区中形成α相核胚，图6-35c为形成晶核，图6-35d为α晶核和贫碳γ两相界面结构示意图。由于奥氏体和铁素体的晶格常数不等，存在较大的失配度δ，计算得δ＝0.216，则相界面应当是半共格，在γ/α相界面上存在位错，如图6-35d所示。由于两相保持K-S关系，晶核呈片状，畸变能较小。(www.xing528.com)

图6-34 贝氏体亚单元在晶界形核-长大

图6-35 贝氏体晶核形成过程示意图

a）晶界处成分的随机涨落形成贫碳γ b）贫碳区中形成α相核胚

c）形成晶核d）α晶核和贫碳γ两相界面结构示意图

在奥氏体的贫碳区中，形成贝氏体铁素体核坯或晶核，不存在长程扩散。在贫碳区内，不存在铁原子的浓度梯度，不符合菲克扩散定律。由此看来，贝氏体铁素体形核也不属于扩散过程。

依据贝氏体铁素体形核时的能量变化计算晶核的临界尺寸及形核功[23]，得出贝氏体铁素体的临界晶核尺寸a∗＝16.7nm（b＝25nm），形核功ΔG∗＝2.7×10²J/mol。此计算值较为合理。